Tối ưu thời gian chế tạo gạch block aac

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN MINH CẢM

TỐI ƯU THỜI GIAN CHẾ TẠO GẠCH BLOCK AAC OPTIMIZATION ON MANUFACTURING PROCESSING

TIME OF AAC BLOCK

Chuyên ngành: Kĩ thuật cơ khí Mã số: 8520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 2

i

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Phạm Quang Trung

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lê Thanh Long

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Hữu Thọ

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp

HCM ngày 24 tháng 6 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS TS Bùi Trọng Hiếu - Chủ tịch

2 TS Bành Quốc Nguyên - Thư kí

3 TS Lê Thanh Long - Phản biện 1

4 TS Nguyễn Hữu Thọ - Phản biện 2

5 PGS TS Nguyễn Thế Truyền - Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Trang 3

ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN MINH CẢM MSHV: 2171009

Ngày, tháng, năm sinh: 09/07/1999 Nơi sinh: Tỉnh Bình Định

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã chuyên ngành: 8520103

I TÊN ĐỀ TÀI:

Tên tiếng Việt: Tối ưu thời gian chế tạo gạch block AAC

Tên tiếng Anh: Optimization on manufacturing processing time of ACC lock II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nghiên cứu quy trình sản xuất gạch

2 Nghiên cứu thiết kế để khắc phục các vấn đề của máy cắt hiện có cho phù hợp với nhu cầu

3 Nghiên cứu phương pháp đo độ cứng phôi đúc trước khi cắt, để chọn phương pháp thử

4 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng và tiến hành thí nghiệm thu thập số liệu thực nghiệm:

- Thời gian cắt gạch

- Độ cứng gạch AAC thành phẩm - Tỉ lệ phế phẩm

5 Phân tích sự ảnh hưởng tương quan của các thơng số sau đó đánh giá thời gian chuẩn bị cho công đoạn đúc là bao nhiêu giờ? và tương ứng với độ cứng bao nhiêu?

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 5/9/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/5/2023 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

Người hướng dẫn: TS Phạm Quang Trung

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

Trang 4

iii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn “ Tối ưu thời gian chế tạo gạch Block AAC”,

tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của quý Thầy/Cô, các chuyên gia, các đồng

nghiệp trong trường, các cơng ty, bạn bè và gia đình Tơi xin trân trọng cảm ơn:

- PGS.TS Lưu Thanh Tùng và TS Phạm Quang Trung đã dành nhiều thời gian, tâm huyết truyền đạt những kiến thức khoa học quí báu, hướng dẫn, định hướng, động viên tác giả trong quá trình thực hiện luận văn

- Quý Thầy/Cô trường đại học Bách Khoa TP HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng, chuyên môn trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu tại trường

- Công ty Vương Hải (V-Block) trong thời gian qua đã tạo điều kiện cho tác giả trong qua trình thí nghiệm các thông số làm việc trên máy cắt gạch Bock AAC - Ban Giám hiệu, Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM, cùng đồng nghiệp đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên tác giả hồn thành khóa học của mình

- Gia đình đã ln động viên, chia sẻ khó khăn trong suốt quá trình tác giả học tập và thực hiện luận văn

Trang 5

iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trang 6

v

ABSTRACT

Trang 7

vi

LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác

Học viên

Trang 8

vii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 5

1.1GIỚI THIỆU 5

1.2CÁC LOẠI GẠCH KHÔNG NUNG, ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM 6

1.2.1 Các loại gạch không nung 6

1.2.2 Gạch bê tơng khí chưng áp (AAC) 8

1.3NGUN LÝ HÌNH THÀNH GẠCH AAC 11

1.3.1 Phân tích vấn đề tồn đọng của máy cắt 14

1.3.2 Phương án của Máy cắt đứng (Vertical cutting machine) 20

1.3.3 Máy cắt ngang (Horizontal cutting machine) 22

1.3.4 Khái niệm về độ nhám bề mặt 23

1.3.5 Yêu cầu về độ nhám bề mặt của gạch AAC 24

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY ĐỨNG 26

2.1ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT 26

2.1.1 Đặc điểm kết cấu 26

2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật 26

2.2TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC 26

2.2.1 Lực căng dây 26

2.2.2 Vận tốc cắt và bước tiến khung cắt 28

2.2.3 Tính tốn cylinder 30

2.2.4 Cam và tay biên 30

2.2.5 Tính tốn cơng suất động cơ 31

2.2.6 Thiết kế bộ phận truyền động rung 33

2.2.7 Kết cấu tay quay con trượt 34

2.2.8 Kết cấu bộ phận căng dây 35

2.2.9 Kết cấu di chuyển lên xuống 36

2.2.10 Kết cấu canh chỉnh dây cắt 37

CHƯƠNG 3 TỐI ƯU THỜI GIAN CHẾ TẠO GẠCH BLOCK AAC 39

3.1LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐO 39

3.1.1 Giới thiệu các phương pháp đo 39

3.1.2 Lựa chọn phương pháp đo phù hợp với vật liệu gạch AAC 46

3.2THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM 48

3.2.1 Thiết kế công cụ đo độ cứng 48

3.2.2 Thiết kế thực nghiệm 51

Trang 9

viii

3.2.4 Phân tích thí nghiệm 56

3.2.5 Phương trình hồi quy 60

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

4.1KẾT LUẬN 65

4.2NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 65

Trang 10

ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Một số loại gạch khơng nung [1] 5

Hình 1.2 Gạch ống làm từ cốt liệu xi măng và cát [2] 7

Hình 1.3 Các sản phẩm của gạch bê tơng khí chưng [3] 9

Hình 1.4 Xử lý ngun liệu làm gạch khơng nung [5] 11

Hình 1.5 Hệ thống phối trộn nguyên liệu đã qua xử lý [5] 12

Hình 1.6 Ủ bê tơng với nhiệt độ đẩy nhanh phản ứng canxi hydroxit [5] 13

Hình 1.7 Máy cắt gạch khơng nung [5] 13

Hình 1.8 Gạch khơng nung định hình được cho vào hấp chưng áp [5] 14

Hình 1.9 Khối gạch được tạo ra từ 2 máy cắt 15

Hình 1.10 Máy cắt gạch thực tế tại cơng ty Vương Hải 15

Hình 1.11 Đường ray kéo phơi qua máy cắt ngang 16

Hình 1.12 Vẽ mơ phỏng đường ray 16

Hình 1.13 Vẽ mơ phỏng va chạm cắt 17

Hình 1.14 Khung gắn dây cắt 17

Hình 1.15 Máy cắt đứng thực tế 18

Hình 1.16 Lực căng dây khơng đều 19

Hình 1.17 Độ nhám bề mặt gạch cịn khá thơ 19

Hình 1.18 Mơ hình khung cắt phương án 3 21

Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý 3 – Tay quay con trượt 21

Hình 1.20 Mặt cắt của dây cắt đứng 22

Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý 3 – Tay quay cần lắc 22

Hình 1.22 Tiêu chuẩn độ nhám bề mặt [6] 24

Hình 2.1 Sơ đồ trạng thái dây trong q trình cắt 26

Hình 2.2 Phân tích thành phần lực sinh ra trên dây trong quá trình cắt 27

Hình 2.3 Hình Sơ đồ bố trí dây cắt 28

Hình 2.4 Mơ hình tay quay con trượt 31

Hình 2.5 Đồ thị moment theo thời gian 32

Trang 11

x

Hình 2.7 Kết cấu bánh lệch tâm 35

Hình 2.8 Lị xo lá 36

Hình 2.9 Kết cấu khung máy cắt đứng 37

Hình 2.10 Sơ đồ đi dây 38

Hình 2.11 Thước chỉnh có rãnh 38

Hình 3.1 Minh họa máy đo độ cứng shore 41

Hình 3.2 Minh họa thang đo độ cứng shore phổ biến, Shore A&D 41

Hình 3.3 Minh họa vật liệu sau thử nghiệm [8] 47

Hình 3.4 Sơ đồ cường độ nén qua các lần đo trong thử nghiệm [8] 47

Hình 3.5 Mơ hình mơ phỏng thiết bị đo độ cứng theo phương pháp Ball impact test 48

Hình 3.6 Vết lõm trên bề mặt bê tông khi thực hiện thí nghiệm thả bóng rơi 50

Hình 3.7 Quy trình sản xuất gạch AAC 51

Hình 3.8 Mơ phỏng máy cắt gạch AAC 52

Hình 3.9 Thiết bị đo độ cứng gạch AAC thành phẩm 53

Hình 3.10 Biểu đồ độ cứng trước khi cắt P 57

Hình 3.11 Độ cứng của gạch AAC C (MPa) 57

Hình 3.12 Biểu đồ Thời gian cắt B (Phút) 58

Hình 3.13 Tỷ lệ phế phẩm D (%) 59

Trang 12

xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Thống kê dữ liệu đo đường kính vết lõm d (mm) 54

Bảng 3.2 Thống kê các thơng số thí nghiệm 55

Bảng 3.3 Bảng mã hóa 3 thơng số 60

Trang 13

xii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AAC Autoclaved Aerated Concrete

ANOVA Analysis of variance

LV LOWERING VELOCITY

SF SWING FREQUENCY

R ROUGHNESS

T TENSION

Trang 14

1

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Gạch bê tơng khí chưng áp (Autoclaved aerated concrete - AAC) là sản phẩm xây dựng nhẹ, chịu tải, cách nhiệt cao, bền, được sản xuất với nhiều kích cỡ và độ bền khác nhau Theo ước tính, mỗi năm nước ta tiêu thụ khoảng 20 tỉ viên gạch Với đà phát triển này, đến năm 2022, lượng gạch cần xây dựng là hơn 40 tỉ viên/năm Việc sử dụng đất nung làm nguyên liệu làm mất rất nhiều đất canh tác, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh lương thực và phải sử dụng một lượng than hóa thạch khổng lồ; kèm theo đó là lượng củi đốt rất lớn dẫn đến chặt phá rừng, mất cân bằng sinh thái, hậu quả của thiên tai và nghiêm trọng hơn nữa là gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến môi trường vật nuôi, sức khỏe con người và hậu quả để lại lâu dài Khi sử dụng gạch đất sét, chúng ta phải sử dụng nguồn đất khai thác từ đất ruộng, đất phù sa, …tức là nguồn tài nguyên rất quý hiếm của một quốc gia Hiện nay, nguồn tài nguyên này đã bắt đầu cạn kiệt và với đà này chắc chắn sẽ khơng cịn nhiều trong tương lai Lượng đất sét này chúng ta có thể dùng vào việc sản xuất các sản phẩm cao cấp hơn, thẩm mỹ hơn, mang lại giá trị kinh tế hơn thay cho việc sản xuất gạch xây thông thường Mặt khác, quá trình nung gạch làm từ đất sét gây ra tình trạng ơ nhiễm mơi trường xung quanh

Theo quyết định số 1469/QĐ – TTg ngày 22/08/2014 của Thủ tướng Chính phủ về việc “Phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030” đã đưa ra lộ trình sử dụng vật liệu xây dựng không nung thay thế gạch đất sét nung là năm 2010: 10-15%, năm 2015: 20-25%, năm 2020: 30-40% và Bộ Xây dựng chương trình phát triển vật liệu không nung đến năm 2020 Định hướng này là một phần của chương trình và được dựa trên cơ sở kết quả khảo sát, điều tra về tình hình sản xuất sử dụng và nguồn nguyên liệu làm vật liệu xây dựng không nung

Trang 15

2

xây dựng Chương trình phát triển vật liệu khơng nung đến 2020 và định hướng đến 2030”

Đứng trước nguy cơ cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên cũng như ô nhiễm môi trường và an ninh lương thực mà các lò gạch đất sét nung mang lại, các cơ quan quản lý nhà nước đã có lộ trình đưa vật liệu tương ứng vào thay thế Để hạn chế việc sử dụng gạch đất sét nung, đặc biệt là giảm thiểu ô nhiễm, Bộ xây dựng đã đề nghị Chính phủ cũng như Quốc hội tăng thuế tài nguyên đối với nguyên liệu đất sét; đã đề nghị các tỉnh, thành có biện pháp để nhanh chóng xóa bỏ các lị gạch thủ cơng Các tỉnh thành trong cả nước đều đã có những biện pháp quản lý chặt chẽ hơn về đất làm gạch Nhiều tỉnh đã có những chế tài nghiêm khắc trong việc quản lý đất đai, đã xóa bỏ hồn tồn các lị gạch thủ công

Khối gạch AAC nhẹ khi so với gạch đỏ, khối gạch AAC nhẹ hơn ba lần Khối gạch AAC đang phát triển nhanh chóng tại Việt Nam Khối gạch AAC có nhiều ưu điểm hơn như đúc sẵn và xây gạch dễ dàng AAC được sản xuất từ các nguyên liệu phổ biến là vôi, cát, xi măng và nước, cùng một lượng nhỏ chất tạo khí Sau khi đó ngun liệu được trộn và đưa vào khn Sau đó, khối gạch AAC sẽ được cắt thành gạch block bằng dây thép Khi cắt khối gạch ACC, bề mặt gạch block phải nhẵn để không cần trát vữa Hơn nữa, độ nhám của bề mặt phải nhỏ hơn 160µm để sơn tường dễ dàng Kích thước khối gạch AAC cũng cần độ chính xác cao để bức tường sẽ thẳng khi xếp các khối gạch AAC chồng lên nhau Vì mục tiêu để tơ trát nên xác định được mặt do máy đứng gây ra là quang trọng và cần để cải thiện độ nhám nhất

Khối gạch AAC được tạo ra bằng cách sử dụng dây thép để cắt các khối AAC lớn thành các khối AAC nhỏ Hầu hết chất lượng liên quan đến kích thước và bề mặt của

gạch là do máy cắt tạo nên để tạo được chất lượng tốt hơn thì đề tài này cũng có phân

tích tình trạng của máy và đưa ra phướng án khắc phục, để gạch sau khi cắt có độ nhám cũng như kích thước chính xác hơn

Trang 16

3

định chất lượng gạch đã đạt hay chưa trước khi đưa vào máy cắt Do vậy, mà hiện tại công ty thường sẽ chờ đợi khoảng thời gian dài hơn so với thời gian chuẩn để chắc chắn rằng gạch đã đạt để chuyển đến máy cắt đồng thời cũng là độ cứng chuẩn để cho ra gạch thành phẩm đạt chuẩn Chính vì lí do đó, việc chọn và thực hiện đề tài

“Tối ưu thời gian chế tạo gạch Block AAC” là cần thiết và có ý nghĩa thực tế

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Phân tích tình trạng máy và đưa ra phương án thiết kế để giải quyết vấn đề của máy, tập trung vào máy cắt đứng, để đáp ứng nhu cầu không tô trát

- Tối ưu thời gian chế tạo gạch Block AAC bằng cách xác định thời gan phôi chờ trước khi cắt với phương pháp thử phù hợp (Thử độ cứng):

+ Lựa chọn phương pháp đo độ cứng gạch sau khi đúc, để xác định phương pháp thử nhanh và dễ thực hiện

+ Xác định các thông số ảnh hưởng để quy hoạch thực nghiệm xác định độ cứng gạch đạt trước khi cắt

+ Phân tích đánh giá mối liên hệ giữa các thông số

+ Đưa ra thời gian tối ưu và độ cứng tối ưu từ lúc đúc cho đến thời điểm trước khi cắt

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Máy cắt gạch Bock AAC Gạch bê tơng khí chưng áp

Đề tài này chỉ sẽ nghiên cứu 3 thông số để xác định được độ cứng tối ưu của phương pháp thử độ cứng để xác định thời điểm phù hợp để cắt, hay nói cách khác là tối ưu thời gian chờ trước khi cắt:

+ Thời gian cắt

Trang 17

4

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Phương pháp kế thừa: Kế thừa kết quả nghiên cứu của những nhà nghiên cứu trước, tìm ra những điểm cải tiến từ các kết quả nghiên cứu trước để đưa ra cái tối ưu của đề tài

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: tiến hành thực nghiệm một cách chủ động, đánh giá và phân tích mối liên hệ giữa các thơng số một cách tương quan và đưa ra thông số tối ưu

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Trang 18

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu

Gạch không nung là loại gạch xây, sau khi được tạo hình thì tự đóng rắn để đạt các chỉ số cơ học về: Cường độ nén, uốn, độ hút nước mà không cần gia nhiệt Độ bền của viên gạch không nung được gia tăng nhờ lực ép rung lên các cốt liệu và phụ gia đã được gia công trước

Đây là loại gạch được khuyến khích sử dụng nhiều nhất và được ưu tiên phát triển Nó đáp ứng rất tốt các tiêu chí về kỹ thuật, kết cấu, môi trường, phương pháp thi công Loại gạch này dễ sử dụng, kết dính bằng vữa thơng thường Đặc biệt tiết kiệm được thời gian và tài chính, đơn giản hố được một số khâu trong q trình xây dựng Sản phẩm được sử dụng rộng rãi từ những công trình phụ trợ nhỏ đến các cơng trình kiến trúc cao tầng, giá thành phù hợp với từng cơng trình Hiện nay, gạch không nung đã khẳng định chỗ đứng vững chắc trong các cơng trình, nó đang dần trở nên phổ biến hơn và phù hợp với chiến lược phát triển vật liệu xây dựng khơng nung của Chính phủ

Trang 19

6

❖ Đặc điểm nổi bật của gạch không nung

Độ cứng cao, bảo ơn, cách nhiệt tốt có thể thay thế hồn tồn các loại vật liệu cách nhiệt hiện có trên thị trường, phịng hoả, chống thấm, chống nước, kích thước chuẩn xác, quy cách hoàn hảo… nâng cao hiệu quả kiến trúc, giảm thiểu được kết cấu cốt thép, rút ngắn thời gian thi công, tiết kiệm vữa xây, giá thành hạ

Sản phẩm gạch khơng nung có nhiều chủng loại trên một loại gạch để có thể sử dụng rộng rãi từ những cơng trình phụ trợ nhỏ đến các cơng trình kiến trúc cao tầng, giá thành phù hợp với từng cơng trình Có nhiều loại dùng để xây tường, lát nền, kề đê và trang trí

Gạch khơng nung được sản xuất từ công nghệ, thiết bị tiên tiến của quốc tế, nó có các giả pháp khống chế và sự đảm bảo chất lượng hoàn thiện, quy cách sản phẩm chuẩn xác Có hiệu quả trong xây dựng rõ ràng, phù hợp với các TCVN do bộ xây dựng cơng bố Nó đã tổng hợp được các tính năng ưu việt, là loại vật liệu xây dựng mới tiết kiệm năng lượng, hiện nay nước ta đang đẩy mạnh mở rộng sử dụng loại vật liệu này

Tuy nhiên gạch khơng nung có nhược điểm là khả năng chịu lực theo phương ngang yếu, không linh hoạt khi thiết kế kiến trúc với nhiều góc cạnh, khơng có khả năng chống thấm tốt, dễ gây nứt tường do co giãn nhiệt Tuy nhiên những nhược điểm này đang dần được khắc phục

1.2 Các loại gạch không nung, ưu và nhược điểm

1.2.1 Các loại gạch không nung

1.2.1.1 Gạch xi măng cốt liệu

Trang 20

7

những loại kết cấu lỗ thì có khối lượng thể tích nhỏ hơn (dưới 1800kg/m3) Loại gạch này có tỉ trọng lớn, tiêu phí nhiều ngun vật liệu để sản xuất nên hiện ít dùng

1.2.1.2 Gạch ống làm từ cốt liệu xi măng và cát

Kích thước gạch ống xây truyền thống cường độ chịu lực từ 35 kg/cm2 đến 50 kg/cm2, trọng lượng viên gạch là 1.5 kg so với gạch nung là 1 kg, gạch sử dụng cơng trình bình thường Loại này khi sản xuất thường kết hợp rung động để tăng cơ tính, giảm khối lượng Tuy nhiên gạch này thường có bề mặt xấu, phải tốn nhiều vữa để trám trét

Hình 1.2 Gạch ống làm từ cốt liệu xi măng và cát [2]

1.2.1.3 Gạch Papanh sản xuất từ phế thải công nghiệp

Xỉ than, vôi bột được sử dụng lâu đời ở nước ta, gạch có cường độ thấp từ 30 – 50 kg/cm2 dùng cho các loại tường ít chịu lực

1.2.1.4 Gạch không nung tự nhiên

Trang 21

8

1.2.1.5 Gạch bê tông nhẹ - AAC

Gạch không nung bê tơng nhẹ có hai loại cơ bản: a Gạch bê tông nhẹ bọt

b Gạch bê tông nhẹ khí chưng áp

Bê tơng khí chưng áp (Autoclaved Aerated Concrete – AAC) được phát minh bởi Kiến Trúc sư người Thụy Điển Johan Ericksson vào những năm 1920 Gạch AAC là vật liệu không nung siêu nhẹ, được sản xuất từ các vật liệu vô cơ phổ biến như cát, vơi, xi măng, nước và chất tạo khí dưới áp suất và nhiệt độ cao Ngày nay, gạch bê tơng khí chưng áp AAC là vật liệu xây dựng phổ biến được sản xuất và sử dụng rộng rãi trên thế giới Tại nhiều quốc gia, gạch AAC chiếm tới trên 70% tổng khối lượng gạch sử dụng trong xây dựng

Tại Việt Nam, trong những năm qua, việc áp dụng gạch AAC trong các cơng trình xây dựng dân dụng và công nghiệp ngày càng phổ biến và được Chính phủ rất khuyến khích thơng qua việc ban hành nhiều quy định và thơng tư có liên quan

Kích thước thành phẩm lớn và chính xác (200mm x 200mm x 500mm) giúp rút ngắn thời gian thi cơng và kể cả thời gian hồn thiện

1.2.1.6 Gạch đất hoá đá

Gạch đất hoá đá đây là loại gạch sử dụng đất sét cát trộn thêm phụ gia đông rắn đất

như Polymer Permazine thường sử dụng trong ngành cầu đường

1.2.2 Gạch bê tơng khí chưng áp (AAC)

Trong các loại gạch không nung kể trên, loại gạch AAC có chất lượng bề mặt khá tốt, khơng cần phải tô bề mặt, giúp giảm giá thành xây dựng Gạch AAC có trọng lượng khá nhẹ do cấu tạo bằng những lỗ xốp trong quá trình chế tạo nên giá thành tương đối chấp nhận được [2]

1.2.2.1 Khái niệm Gạch bê tơng khí chưng áp (AAC)

Trang 22

9

trọng lượng khá nhẹ do cấu tạo bằng những lỗ xốp trong quá trình chế tạo nên giá thành tương đối chấp nhận được

Gạch bê tơng khí chưng áp AAC là vật liệu xây dựng nhẹ, chịu tải, cách nhiệt cao, bền, được sản xuất với nhiều kích cỡ và độ bền khác nhau Gạch không nung được đúc sẵn hoặc sản xuất theo dây chuyền

Sản phẩm gạch bê tơng khí chưng AAC được kĩ sư và kiến trúc sư người Thụy Điển phát minh ra vào năm 1924 nhằm để phục vụ nhu cầu xây các đồn bốt trong quân sự Thành phần của gạch AAC bao gồm cát thạch anh, thạch cao nung, vôi, xi măng, nước và bột nhôm, sản phẩm sau cùng sẽ được xử lý dưới nhiệt độ và áp suất thích hợp trong nồi chưng áp

Các sản phẩm từ gạch AAC bao gồm gạch bê tông, panel tường, panel sàn, panel mái chống thấm, dầm lanh tơ,…Gạch bê tơng khí chưng áp được sử dụng nhiều trong vật liệu bê tông cách nhiệt cho cả kết cấu trong nhà và ngoài nhà Bên cạnh khả năng cách nhiệt tốt, gạch AAC cịn có ưu điểm nữa là chế tạo nhanh, dễ lắp đặt cho vật liệu, dễ dàng cắt, đục, khoan

Trang 23

10

1.2.2.2 Ưu điểm của gạch bê tơng khí chưng (AAC)

Trọng lượng nhẹ: Gạch bê tơng khí chưng áp có tỷ trọng khơ chỉ bằng ¼ trọng lượng bê tơng thường và bằng 1/2 – 1/3 trọng lượng gạch đất sét nung Vì thế, khi sử dụng loại gạch này sẽ giúp tiết kiệm chi phí trong q trình vận chuyển và xây dựng, đặc biệt là phần nền móng Ngồi ra cịn giúp việc lắp ráp được dễ dàng và nhanh chóng hơn Việc cưa cắt, đóng đinh hay gia cơng cũng đơn giản hơn các loại gạch khác trên thị trường

Chống cháy, đảm bảo sự thơng thống tối đa: gạch AAC được làm từ loại vật liệu vơ cơ và có khả năng chống cháy khá cao Bên cạnh đó vì tỷ trọng nhẹ, cho phép khuếch tán hơi nước, giảm độ ẩm trong tòa nhà bằng cách hấp thu và giải phóng hơi ẩm tự động Đảm bảo sự thơng thống tối đa trong q trình xây dựng

Độ chính xác cao: được sản xuất trên dây chuyền khép kín cơng nghệ cao, gạch AAC

được sản xuất đúng kích thước, giúp giảm bớt công việc cắt xén cũng như giảm lượng vật liệu hồn thiện bề mặt

Khơng độc hại với mơi trường: là loại vật liệu trơ hồn tồn nên đảm bảo khơng độc

hại, sản xuất từ các ngun liệu tự nhiên và khơng nung, an tồn trong quá trình sử dụng Tùy theo điều kiện của từng vùng, có thể tận dụng các loại phế thải cơng nghiệp khác nhau để tạo ra gạch AAC

Tính bảo ôn cách nhiệt cao: hệ số dẫn nhiệt khoảng 0.11 -> 0.22W/mK, bằng 1/4 đến 1/5 hệ số dẫn nhiệt gạch nung, tương đương 1/6 hệ số dẫn nhiệt của gạch bê tơng thơng thường Vì thế khi sử dụng sản phẩm gạch bê tơng khí chưng áp sẽ giảm tới 40% chi phí điện năng tiêu thụ cho điều hòa

Khả năng cách âm tốt: với khả năng cách âm tốt gấp 2 lần so với loại gạch xây thơng thường nhờ kết cấu nhiều lỗ khí phân bổ đều đặn với mật độ cao trong mỗi viên gạch

Độ cách âm từ 40db –> 47db trong khi gạch xây thông thường từ 20db –> 28db

Trang 24

11

áp có khả năng hấp thụ xung lực rất tốt, khả năng chịu động đất tốt hơn hẳn các loại gạch xây thông thường [4]

1.3 Nguyên lý hình thành gạch AAC

Bước 1: Xử lý nguyên liệu sản xuất gạch không nung

Cát vàng, cát đen, đá vụn, vôi được đưa qua máy nghiền thành hạt nhỏ để đảm bảo độ mịn, đây là lý do tạo nên bề mặt mịn của gạch không nung bê tơng khí chứng áp (khi xây khơng cần trát tường có thể sơn hoặc bả ln)

Trong q trình nghiền cát được nghiền chung với nước rồi dẫn vào bồn, tiếp theo xi măng bột được cho vào bồn chứa xi măng riêng, vôi thạch cao được nghiền thành bột chứa trong thùng riêng Gạch bê tơng khí chưng áp sử dụng bột nhơm để tạo bọt khí

Hình 1.4 Xử lý nguyên liệu làm gạch không nung [5] Bước 2: Trộn nguyên liệu sau khi xử lý

Trang 25

12

Sau khi trộn nguyên liệu bằng dây chuyền tự động hỗn hợp vữa trộn được phun vào các khn chứa có diện tích lớn

Hình 1.5 Hệ thống phối trộn nguyên liệu đã qua xử lý [5] Bước 3: Ủ nhiệt để đẩy nhanh quá trình bê tơng hóa

Trang 26

13

Hình 1.6 Ủ bê tơng với nhiệt độ đẩy nhanh phản ứng canxi hydroxit [5]

Bước 4: Quá trình cắt gạch theo u cầu

Qua q trình lưu hóa hỗn hợp tạo gạch bê tơng khí chưng áp đã định hình hình dáng kết cấu bên trong lẫn ngồi đạt độ kết dính tiêu chuẩn phơi gạch khơng nung được đưa qua máy cắt, tùy theo đơn đặt hàng hay loại gạch cần sẽ cắt theo kích thước đó Trong q trình cắt sẽ có phần gạch thừa ra khơng sử dụng sẽ được dây chuyền chuyển về công đoạn đánh nhuyễn và bơm ngược lại vào khuôn tiết kiệm tối đa nguyên liệu

Trang 27

14 Bước 5: Gạch khơng nung được hấp chưng áp

Hình 1.8 Gạch khơng nung định hình được cho vào hấp chưng áp [5]

Qua q trình cắt thành kích thước u cầu phơi gạch bê tơng khí chưng áp được đưa vào buồng hấp với áp suất cao 1,3MPA và nhiệt độ 200oC liên tục trong 12 giờ Quá trình quan trọng này là sự khác biệt rõ nét của gạch khơng nung bê tơng khí chưng áp và bê tông bọt, dưới áp suất và nhiệt độ cao diễn ra quá trình kết tinh ép buộc nước rút hết khỏi viên gạch tạo thành kết cấu tổ ong tinh thể gia tăng độ cứng cho viên gạch và đảm bảo chất lượng viên gạch ổn định không thay đổi

Kết cấu tổ ong của gạch không nung bê tông khí chưng áp giúp trọng lượng viên gạch giảm (khơng khí chiếm 80%) làm nên hiệu quả tuyệt vời của nó trong cách âm, cách

nhiệt, chống cháy và trọng lượng siêu nhẹ (gạch siêu nhẹ)

Các loại thiết bị cắt gạch AAC trên thế giới hiện nay

1.3.1 Phân tích vấn đề tồn đọng của máy cắt

Trang 28

15

thấy cả 2 máy cắt đề gặp phải những vấn đề kĩ thuật liên quan đến biên dạng, kích thước cũng như độ nhám bề mặt

Hình 1.9 Khối gạch được tạo ra từ 2 máy cắt

1.3.1.1 Vấn đề Máy cắt ngang

Trang 29

16

Khung cắt của máy cắt ngang đứng yên Khối gạch được kéo qua khung cắt bằng đường ray Đây là một hệ cắt khá là cơ bản, chính vì vậy nó cịn nhiều vấn đề tồn đọng

Vấn đề 1:

Hình 1.11 Đường ray kéo phơi qua máy cắt ngang

Hình 1.12 Vẽ mơ phỏng đường ray

Trang 30

17 Vấn đề 2:

Hình 1.13 Vẽ mơ phỏng va chạm cắt

Vì dây cắt đứng yên và phôi gạch chuyển động nên khi va chạm nhau nó sẽ gây ra độ sụt, có thể có cả vết nứt nhẹ

Vấn đề 3:

Trang 31

18

Dây cắt được gắng ngang qua khung cắt, tuy nhiên các rãnh gắn dây trên 2 trục này khơng đồng phẳng nhau Chính vì vậy dây cắt có thể bị nghiêng, dẫn đến đừng cắt có thể bị nghiêng

Kết luận: Các vấn đề này chủ yếu được gây ra bởi nguyên lý khung cắt đứng yên và phôi chuyển động

1.3.1.2 Vấn đề máy cắt đứng

Trang 32

19

Hình 1.16 Lực căng dây không đều

Máy cắt đứng sử dụng 1 khung cắt để cắt, với cở cấu khung cắt nâng hạ lên xuống Tại vị trí cắt Dây cắt được truyền động 1 phía cịn 1 phía cố định, chính vị vậy gây ra lực căng dây 2 đầu không đều nên làm cho dây cắt dễ bị đứt, bị biến dạng, làm cho bề mặt gạch không đảm bảo độ nhám

Trang 33

20

1.3.2 Phương án của Máy cắt đứng (Vertical cutting machine)

Nguyên lý hoạt động: Cắt phôi bằng hai chuyện động tịnh tiến lên xuống và chuyển động rung theo cơ cấu cam Khung cắt có độ ổn định và độ cứng vững cao

❖ Ưu điểm:

- Tận dụng không gian bố trí và hệ thống cũ phù hợp

- Chất lượng bề mặt tạo thành tốt do việc rung 2 bên, moment sinh ra do việc rung có chiều ngược nhau nên khử lẫn nhau Do đó, đảm bảo độ ổn định khi cắt

- Kết cấu đơn giản

- Dễ dàng thay đổi kích thước viên gạch với thanh căn chỉnh nhiều vạch và có - khoảng chia nhỏ

- Hệ số MRR thấp dẫn đến lực cắt nhỏ Do đó, phơi ổn định khơng bị rung trong q trình cắt, tránh được hiện tượng nứt khi cắt

❖ Nhược điểm:

- Toàn bộ hệ khung dễ bị mất ổn định, cân bằng do công suất rung lớn Cần phân - phối vị trí các bộ phận hợp lý

Trang 34

21

Hình 1.18 Mơ hình khung cắt phương án 3

Trang 35

22

Hình 1.20 Mặt cắt của dây cắt đứng

1.3.3 Máy cắt ngang (Horizontal cutting machine)

Nguyên lý hoạt động: Cắt phôi gạch bằng hai chuyển động là chuyển động tịnh tiến của khung cắt tiến vào phôi và chuyển động lắc của dây cắt để làm giảm ma sát trong quá trình cắt Trong phương án này phôi được đưa vào vị trí cắt bằng đế mang phơi và được kéo bằng cáp và pulley dẫn hướng Khi vào đến vị trí cắt thì phơi hồn tồn đứng n cho đến khi quá trình cắt kết thúc

Trang 36

23 ❖ Ưu điểm:

- Khung cắt chuyển động tịnh tiến nhờ xích kéo và được dẫn hướng bằng thanh trượt vuông nên sai lệch theo phương ngang và phương đứng của chuyển động rất thấp Đặc biệt là khắc phục được tình trạng vật liệu sau khi cắt bám vào đường ray ở phương án 1 làm cho chuyển động khi cắt của phôi bị nhấp nhô dẫn đến sai lệch kích thước vì phương án này đường dẫn được bố trí ở phía trên

- Chuyển động lắc của dây cắt trong quá trình cắt giúp giảm ma sát giữa dây cắt và phôi dẫn đến tăng tuổi thọ của dây cắt

- Cắt theo hệ từng khung cắt và mỗi khung cắt mang hai dây cắt nên đảm bảo dung sai theo yêu cầu khách hàng Nhật 1mm

- Tận dụng được khơng gian có sẵn của nhà máy và quy trình cũ ❖ Nhược điểm:

- Do cắt theo hệ từng khung cắt nên thời gian hồn thành một phơi gạch rất chậm dẫn đến năng suất thấp

- Bố trí phức tạp do gồm hệ nhiều khung cắt di chuyển tuần tự - Sử dụng nhiều motor do khơng gian bố trí rất hạn chế

Cơng ty Vương Hải (V-Block) tại Đồng Nai đã có kế hoạch thực hiện cải tiến dây chuyền sản xuất gạch bê tơng khí chưng áp AAC Bước đầu cơng ty đang tập trung cải tiến công đoạn cắt, đặc biệt là máy cắt đứng Vì máy cắt đứng đóng vai trị hết sức quan trọng đến chất lượng gạch AAC Vì vậy, trong nghiên cứu này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu máy cắt đứng để đáp ứng nhu cầu công ty đã đặt ra

1.3.4 Khái niệm về độ nhám bề mặt

Trang 37

24

Hình 1.22 Tiêu chuẩn độ nhám bề mặt [6]

1.3.5 Yêu cầu về độ nhám bề mặt của gạch AAC

Hiện nay Tiêu chuẩn Việt Nam cho gạch block bê tông nhẹ TCXDVN 316: 2004: Block bê tông nhẹ [7]:

- Sai lệch kích thước

+ Chiều dài: (l): ± 4 mm + Chiều rộng (b): ± 3 mm + Chiều cao (h): ± 3 mm - Khuyết tật hình dạng

- Mác theo khối lượng thể tích khơ - Mác theo cường độ nén

- Mác theo khối lượng thể tích khơ phải phù hợp tương ứng với mác theo cường độ nén

Tuy nhiên, tiêu chuẩn chưa có quy định cụ thể về độ nhám bề mặt vì khi gạch AAC sau khi xây xong cịn qua cơng tác trát vữa

Trang 38

25

không cần qua cơng tác trát vữa Trước u cầu đó, cộng với yêu cầu của các hãng sơn nước như Jotun về chuẩn bị bề mặt trước khi trát matit cần có độ nhám bề mặt khơng được q 160 µm Từ đó cơng ty Vương Hải đã đặt ra u cầu về bề mặt gạch bê tông nhẹ của công ty là không cần tô trát để cung cấp ra thị trường đảm bảo độ nhám bề mặt thấp hơn 160 µm

Với yêu cầu trên, nhiệm vụ đặt ra cho thiết bị cắt gạch AAC là bề mặt gạch sau thành phẩm phải đạt độ nhấp nhô thấp hơn 160 µm Độ nhám để khơng phải tơ trát này gây

ra trực tiếp bơi máy cắt đứng Vì vậy trong nghiên cứu này sẽ tập trung đưa ra

Trang 39

26

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÁY ĐỨNG

2.1 Đặc điểm kết cấu và yêu cầu kỹ thuật

2.1.1 Đặc điểm kết cấu

- Đảm bảo độ cứng vững cũng như tính ổn định trong quá trình hoạt động - Kết cấu phải đơn giản cho q trình thay đổi kích thước của dây cắt - Dễ dàng bảo trì

- Dễ vận hành

- An toàn cho người sử dụng

- Kích thước khối gạch 4000 x 600 x 1000 (mm)

2.1.2 Yêu cầu kỹ thuật

- Viên gạch đạt kích thước cho phép trong xây dựng : ± 1mm

- Chất lượng bề mặt viên gạch tốt theo các tiêu chí sau: Khơng để lại vết cắt, cũng như bề mặt viên gạch không bị vỡ, nứt, đặc biệt là phần gốc, cạnh của viên gạch - Năng suất cắt 5 (phút/lần)

2.2 Tính toán động lực học

2.2.1 Lực căng dây

Trang 40

27 Lực căng dây cần thiết tính theo công thức:

VH

F=F +F (N) (2-1)

Với:

- F : Lực căng dây theo phương thẳng đứng (N) V- F : Lực căng dây theo phương ngang (N) H

Hình 2.2 Phân tích thành phần lực sinh ra trên dây trong quá trình cắt - Bằng thực nghiệm đo đạc lực căng từ máy cắt tại nhà máy ta tìm được 150 (N) - Khoảng cách võng tối đa của sợi dây là 2cm=20mm

20tan6001,9 =   (2-2) Từ đó suy ra: 𝐅𝐯 = 𝟏𝟓𝟎 ⋅ 𝐭𝐚𝐧 𝟏 , 𝟗∘ = 𝟒, 𝟗𝟕𝟔 (N) (2-3)

Do đó, lực căng dây cần thiết: 𝐅 = 𝐅𝐇

𝐜𝐨𝐬 𝛂= 𝟏𝟓𝟎

𝐜𝐨𝐬⁡ 𝟏,𝟗∘ = 𝟏𝟓𝟎, 𝟎𝟖 (N) (2-4) - Để cắt một mẻ gạch cần tối đa là 40 sợi dây

- Do đó, lực căng tối đa mà khung cắt phải chịu là:

FHF = 40 ⋅ FH = 40.150,08 = 6003,3 (N) (2-5)

FVF = 40 ⋅ FV =199,04 (N) (2-6)